[[345236]]

一般我們不需要從用戶態(tài)得到進程虛擬地址對應(yīng)的物理地址，因為一般來說用戶進程是完全不關(guān)心物理地址的。

少數(shù)應(yīng)用場景下，用戶可能會關(guān)心，比如在用戶態(tài)做DMA的場景(如DPDK之類的)。還有一些場景，比如想調(diào)試剖析每一頁的內(nèi)存占用情況，是否swap出去了等。

從用戶態(tài)得到虛擬地址對應(yīng)的物理地址，我們不可能去walk進程的page table，也沒有權(quán)限。不過還好內(nèi)核給我們提供了一個接口，叫pagemap，而且，這個接口與硬件的體系架構(gòu)無關(guān)。在/proc/pid/下面有個文件叫pagemap，它會每個page，生成了一個64bit的描述符，來描述虛擬地址這一頁對應(yīng)的物理頁幀號或者SWAP里面的便宜，詳見文檔：

linux/Documentation/admin-guide/mm/pagemap.rst

這64bit的描述如下：

不同的體系架構(gòu)的MMU不同，頁表格式也不同，但是pagemap這個接口與具體頁表的格式無關(guān)，可以說都被抽象化了。

下面我們忽略swap的影響(假設(shè)關(guān)閉了swap或者page一直是pin的狀態(tài))，從DPDK抄一段虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址的代碼：

#define phys_addr_t     uint64_t 
#define PFN_MASK_SIZE   8 
 
phys_addr_t 
rte_mem_virt2phy(const void *virtaddr) 
{ 
        int fd, retval; 
        uint64_t page, physaddr; 
        unsigned long virt_pfn; 
        int page_size; 
        off_t offset; 
 
        /* standard page size */ 
        page_size = getpagesize(); 
 
        fd = open("/proc/self/pagemap", O_RDONLY); 
        if (fd < 0) {  
                ... 
        } 
 
        virt_pfn = (unsigned long)virtaddr / page_size; 
        offset = sizeof(uint64_t) * virt_pfn; 
        if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) == (off_t) -1) { 
                ... 
                return -1; 
        } 
 
        retval = read(fd, &page, PFN_MASK_SIZE); 
        close(fd); 
        ... 
 
        /* 
         * the pfn (page frame number) are bits 0-54 (see 
         * pagemap.txt in linux Documentation) 
         */ 
        if ((page & 0x7fffffffffffffULL) == 0) 
                return -1; 
 
        physaddr = ((page & 0x7fffffffffffffULL) * page_size) 
                + ((unsigned long)virtaddr % page_size); 
 
        return physaddr; 
} 

最后的一步是關(guān)鍵的計算過程：

physaddr = ((page & 0x7fffffffffffffULL) * page_size) 
                + ((unsigned long)virtaddr % page_size); 

page & 0x7fffffffffffffULL取得了頁幀號(PFN)，乘以頁的size得到這頁起始的物理地址，之后加上virtaddr % page_size的頁內(nèi)偏移，得到最終的物理地址。

我們來實操一下調(diào)用上面的函數(shù)完成地址轉(zhuǎn)化：

int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
  uint8_t *p = malloc(1024 * 1024); 
 
  *(p + 4096) = 10; 
  printf("virt:%p phys:%p\n", p + 4096, rte_mem_virt2phy(p + 4096)); 
 
  *(p + 2 * 4096) = 10; 
  printf("virt:%p phys:%p\n", p + 2 * 4096, rte_mem_virt2phy(p + 2 * 4096)); 
} 

運行結(jié)果如下：

~$ sudo ./a.out  
virt:0x7f81e402a010 phys:0x2b601010 
virt:0x7f81e402b010 phys:0x3ceec010 

內(nèi)核態(tài)實現(xiàn)pagemap proc接口的代碼位于：

fs/proc/task_mmu.c 

其中比較核心的函數(shù)是把PTE轉(zhuǎn)換為pagemap_entry的過程，有興趣的童鞋可以仔細閱讀下：

特別留意畫紅線的位置，可以知道pagemap里面的那些flag是怎么被置上的。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號「Linux閱碼場」，可以通過以下二維碼關(guān)注。轉(zhuǎn)載本文請聯(lián)系Linux閱碼場公眾號。